非線形エネルギーモデルと応力

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8456 (2023) この記事を引用

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ひずみと弾性エネルギーの関係は、一般化されたフックの法則に基づいた応力状態パラメーターを導入することによって単純化されます。 微量元素強度はワイブル分布を満たすと仮定し、岩石微量元素強度の概念を導入することにより、エネルギーの非線形発展の新しいモデルを開発した。 これに基づいて、モデルパラメータの感度分析が実行されます。 結果は、モデルが実験データとよく一致していることを示しています。 このモデルは岩石の変形と損傷の法則に近く、岩石の弾性エネルギーとひずみの関係を反映できます。 他のモデル曲線と比較すると、この論文のモデルは実験曲線により適しています。 彼らは、改良されたモデルが岩石の応力とひずみの関係をより適切に記述できることを示しています。 最後に、岩石の弾性エネルギーの変動パターンに対する分布パラメータの影響の分析によれば、分布パラメータの大きさは岩石のピークエネルギーを直接反映することができる。

岩石の変形と破壊のプロセスは、エネルギーの放出、変形、散逸のプロセスであり、岩石の元の安定した状態の不均衡につながります1。 実際の工学では、地下発電所の建設、トンネル掘削、石炭採掘などの土木工事は、岩石本来の平衡状態を破壊します2,3。 岩石の不安定化や破壊の原因となります。 これらのプロジェクトの建設中、岩石内部のエネルギーは常に進化しています。 人間の活動による採掘と発掘は、外部エネルギーが岩石に入力されるプロセスです。 地下工学の補強や支持などの建設措置は、岩石エネルギーの変換と伝達として理解できます4。 岩石の変形や破壊は、熱エネルギー、運動エネルギー、放射線エネルギーなど、さまざまな形態のエネルギーとして散逸または放出されます。 エネルギーの観点から岩石の変形と破壊のプロセスを探求することは、工学的な実践と岩石破壊の本質に近いことがわかります。 したがって、岩石の破壊過程におけるエネルギー変化の法則を明らかにすることは、水利プロジェクトの建設に重要な理論的裏付けを提供することができます5。 高層地下プロジェクトの増加に伴い、深い岩石の採掘や掘削が常態化しています。 岩石材料の複雑な応力状態では、岩石の破壊基準は複雑です6。 そのダメージ構成モデルは非常に複雑になり、変更可能になります。 エネルギーの駆動が岩石破壊の本質であることを考慮すると、エネルギーの観点から岩石材料の構成モデルを研究することにより、損傷構成モデルの複雑さを軽減することができます7。 岩石材料の変形や破壊の過程も完全に表示できます。 岩石のエネルギー構成モデルを確立することで、岩石材料の破壊プロセスの本質への理解が深まる可能性があります。 研究結果は、より広範囲の材料に適用される可能性があります8。

岩盤の変形プロセスにはエネルギーの変化が伴い、エネルギーは駆動材料への最終的な損傷の根本的な内部原因です。 荷重プロセス中に岩石に蓄えられた弾性エネルギーは、損傷を引き起こすほど十分に解放されます。 さまざまな拘束圧力下での砂岩破壊のプロセス中、弾性エネルギーの蓄積プロセスには規則的な特徴があります9,10。 岩石の損傷プロセスはエネルギーの観点から研究されています。 最終的な目標は、岩石損傷のエネルギー進化メカニズムを解明し、エネルギー原理に基づいた岩石損傷予測手法を見つけることです11。 異なる応力経路下での砂岩破壊過程のエネルギー蓄積と発展特性を通じて,岩石破壊過程のエネルギー非線形発展モデルを確立し,岩石破壊のエネルギー予測基準を与えた12。